KUTUPLANMA(POLARİZASYON)

Transkript

1 POLARİMETRE KUTUPLANMA(POLARİZASYON) Bir elektromagnetik dalganın elektrik alan vektörünün doğrultusudur.polarize görüntü mozaiği ışık hareket eden bir dalga veya titreşimdir.yani ışık kendi doğrultusunda giderken aşağı yukarı,sağa sola hareket eder. Polarize eden,yani kutuplaştıran filtreler ise ışığın sadece bir yönde titreşen dalgalarının geçmesine izin verir.işığın böyle tek yönlü titreştirilmesine polarizasyon (kutuplaştırma) adı verilir.elektromagnetik dalgalar yatay, düşey, dairesel ve eliptik polarizasyonlu olabilirler yani kutuplaştırılabilirler. 1

2 Işığın polarize olması doğal bir özelliğidir, ancak mikroskopide bu özellik yapay olarak arttırılır. Bir ışık demeti değişik frekanslarda dalgalar içerir ve bunlar arasında olası faz ilişkileri ve her düzlemde titreşim görülebilir. Işık dalgalarının titreşimi yalnızca bir düzlemde kısıtlanırsa buna polarize edilmiş düzlem denir. KUTUPLANMA ÇEŞİTLERİ 1- Doğrusal Kutuplanma ( Düzlemsel Kutuplanma ) 2- Dairesel Kutuplanma 3- Eliptik Kutuplanma 2

3 Polarize Olmamış Yarı Polarize Olmuş Elektrik alan içerisinde etkiye uğramamış Tamamen Polarize Olmuş IŞIĞIN KUTUPLANMASI(POLARİZASYONU) Işığın kutuplanması enine dalga olayının bir ispatıdır. Maxwell teorisinden biliyoruz ki ışık elektromanyetik bir dalgadır ve elektrik ve magnetik vektörleri yayılma istikametine dik olarak titreşirler. 3

4 Polarize olmamış ışıktan polarize ışık elde etmenin 4 yolu vardır. Seçici soğurma ile polarizasyon Yansıma ile polarizasyon Çift kırılma ile polarizasyon Saçılma ile polarizasyon Optikçe aktiflik yolu ile polarizasyon KUTUPLANDIRICI CİHAZLAR Işığı çizgisel kutuplanmış ışığa çevirmek için kutuplandırıcı cihazlar kullanılır. Bunlar; 1-Nicol prizması 2-Glen-foucault prizması 3- çift kırıcı prizmalar 4- Volleston prizması 5- Roşen prizması 6-İslandiya spatı 7- Camdan yapılmış prizma 8- Turmalin 9- Poleroidler 4

5 5

6 Polarize ışık düzleminin döndürme açısını ölçmek için kullanılan cihazlara polarimetre denir. Polarimetreler içinde en çok kullanılan Laurent polarimetresidir. Polarimetre diğer adıyla polariskop-, biri sabit diğeri düşey bir düzlemde dönebilen iki kutuplayıcıdan meydana gelir. Kutuplayıcı olarak çoğunlukla kalsit kristalleri kullanılır. Bu iki kristalden birincisine (sabit olana) polarizör, ikincisine ise (dönebilene) analizör denir. Işık polarizörden girip kutuplanarak analizör üzerine düşer. Analizör, polarizöre paralel halde iken ışık, analizörün gerisine düşebilir, çapraz halde iken ışık analizörü geçemez. Ara durumlarda (ne paralel ne de çapraz durumlarda) ise aydınlanma şiddeti düşer. Çapraz durumdaki polarizör ve analizör arasına optikçe aktif bir madde konursa, analizörden ışık geçtiği görülür; çünkü araya konan madde polarizörden çıkan ışığın kutuplanma düzlemini çevirmiştir. Çevirme miktarı, analizörü tekrar ışık geçmeyecek şekilde döndürerek bulunur. Böylece maddelere ait değişik çevirme açıları bulunabilir. Bu açılar optikçe aktifliğin miktarını gösterir. Çevirme açısının sağa veya sola olması durumuna göre maddeler Sağ-sol optik izomeriye sahiptir. denir. 6

7 Sadece şeker için kullanılan polarimetrelere sakarimetre denir. Titreşim düzleminin dönmesini tayf analiziyle grafik halinde veren polarimetrelere de spektropolarimetre cihazları denir. Polarimetrenin kullanım alanları; Polarimetre molekül boyutlarının tayininde, Konsantrasyon miktarının (derişikliğin) tayininde, Gıda maddelerinin kontrollerinde, Bilimsel araştırmalarda üretilen maddelerin saflık tayininde, Kimyasal sanayinin öne çıktığı üretim tesislerinde. 7

8 OPTİKÇE AKTİFLİK Kutuplanmış ışığın birçok önemli uygulamaları optikce aktiflik özellik sergileyen belirli maddelerin kullanılmasını gerektirir. Bir madde geçen ışığın polarizasyon düzlemini döndürüyorsa optikçe aktiftir denir. Bir maddenin optikçe aktifliği maddeyi oluşturan moleküllerin biçimindeki simetrisizlikten kaynaklanır. Optikçe aktiflik Bir karbon (C) atomuna 4 farklı grup ya da atom bağlıysa, bu tür C atomuna asimetrik C atomu denir. Asimetrik karbon atomu içeren bileşikler optikçe aktiftirler. Asimetrik C atomunu belirtmek için C atomunun sağ üstüne yıldız konur. 8

9 Bu tür bileşikler biri diğerinin ayna görüntüsü olan iki tür molekül oluştururlar. Ayna simetrisinde olan bu iki molekül birbiri üzerine çakışmaz. Örneğin sağ el ve sol ellerimiz ayna simetrisine sahiptir. Şekil 1.1 de gördüğünüz birbirinin ayna görüntüsü olan moleküllere optik izomeri adı verilir. Bir maddenin optik izomerisinin olması için asimetrik karbon atomunun olması gerekir. Bir ışık dalgası yayılırken, elektriksel titreşimler bir düzlem içinde kalıyorsa bu ışık dalgasına düzlem polarize ışık, ışık titreşimlerinin bir düzlem içinde olmasının sağlanmasına da polarizasyon denir. Polarize ışık güneş ışığı gibi dağılmayıp bir düzlem üzerinde hareket eder. Mesela kuvars mineralinden adi ışık geçirilirse sadece bir düzlem içerisinde titreşim yapan polarize ışık elde edilir. Düzlem polarize ışık, asimetrik C atomu bulunduran süt asiti gibi bazı maddelerin çözeltilerinden geçirilirse ışığın yayılma düzlemini sağa ya da sola çevirir. Bu iki optik izomer maddeyi birbirinden ayırmak için adlarının önüne D ve L harfleri getirilir. Polarize ışığı sola çeviriyorsa (-) veya(d), sağa çeviriyorsa (+) veya (L) işareti kullanılır. Sapma yönünü ve açısını bulmaya yarayan aygıtlara polarimetre denir. 9

10 Kısaca; polarize ışığın yönünü değiştiren maddeler optikçe aktif maddeler denir ve bu maddeler de asimetrik C atomu bulunur. Laktik asitin ekşimiş sütten elde edileni polarize ışığı sola çevirirken, kaslardan elde edileni sağa çevirir. Optikçe aktif maddenin D ya da L olması ışığı sağa ya da sola çevirdiğini göstermez. D yapısında olup ışığı sola çevirenler olduğu gibi L yapısında olup ışığı sağa çeviren bileşiklerde vardır. Şayet optikçe aktif bir maddenin konfigürasyonu D-gilseraldehite benziyorsa D, L- gliseraldehite benziyorsa L biçimi olarak adlandırılır. D-gliseraldehitte OH grubu sağda, L-gliseraldehitte ise OH grubu soldadır. 10

11 D ve L izomerleri birbiriyle ters etkiye sahip oldukları için bu izomerin karışması durumunda optikçe aktiflik azalır. Eğer eşit miktarlarda D ve L izomerleri karıştırılırsa optikçe aktiflik tamamen kaybolur. Bu tür karışımlara rasemik karışım (rasemat) denir. Rasemik karışımlar dl-şeklinde gösterilirler. Rasemik karışım polarize ışığa etki etmez. Yukarıdaki laktik asitin her ikisinin de E.N.= 53 oc dir. Rasemik laktik asitin E.N.= 17 oc dir. Optik izomerlerin polarize ışık düzlemini farklı yönlere saptırma dışında tüm fiziksel ve kimyasal özellikleri aynıdır. 11

12 Optikçe aktif maddelerin polarize ışığın yönünü sağa ve sola çevirenlerin her birisine birbirinin enontiyomeri denir. Enantiyomerlerin eşit miktarda karışmasıyla rasemşekiller oluşur. Bir molekülde asimetrik C atomu sayısı çoksa bu durumda çok sayıda optik izomer ve rasemşekiller oluşur. Eğer bir bileşikte 2 tane asimetrik c atomu varsa 4 adet optik izomer ve iki adet rasem karışım oluşur. 3 tane asimetrik c atomu varsa 8 adet izomer, 4 adet rasemşekil oluşur. N tane asimetrik C atomu içeren bir bileşik için 2n tane optik izomer, 2(n-1) adet rasemşekil oluşur. Polarimetre cihazının kısımları Cihazın kısımları; Işık kaynağı Polarizör Gözlem tüpü Analizör Objektif/Teleskop Skala Skala ayar düğmesi Camlı tüp bölmesi şeklindedir. 12

13 Polarimetrenin ayarlanmasi Polarimetre tüpüne distile su konur. Hava kabarcığı kalmamasına dikkat edilmelidir, kalmışsa aşağı yukarı uygun hareketlerle hava kabarcığı çıkarılır. Tüp yerine konur. Dürbünden bakılır ve dürbünün yan kısmındaki vida ile dürbünden görünen iki yarım dairenin renkleri eşit olacak şekilde ayarlanır. Bu sırada dürbünün üst kısmındaki göstergede ibre sıfır noktasını göstermelidir. Distile su ile sıfır ayarı yapıldıktan sonra polarimetre tüpüne numune konur ve dürbünden görünen iki yarım dairenin renkleri eşitlenir. Göstergeye bakılarak okunur. Polarimetrelerde genel prensip aynıdır. Tüp uzunlukları ve gösterge kısımlarındaki farklılıklarla birbirlerinden ayrılırlar. Tüp uzunluğu 189,4 mm veya bunun yarısı olan 94,7 mm uzunluğunda olanlara sakkarimetre de denir. Göstergenin üst kısmında alfa çevirme açısı, alt kısmında ise % g olarak glikoz miktarı okunur. (Sağ tarafta) sol tarafta ise albümin miktarını gösterir. 13

14 Polarizasyon Mikroskobu Polarizasyon mikroskobu incelenen cisimlerin optik anizotropik özelliğinden yararlanarak görüntülenmesi için kullanılır. Yapıların sahip olduğu birefrejans özelliğinden yararlanır. Bu amaçla mikroskop; spesimenin altında yerleşik bir polarizer ve objektiften sonra bir analizer ile yapılandırılmıştır. 14

15 Kristal yapılar, Fibröz yapılar (doğal ya da artifisyel) Pigment birikimleri Proteinler, Kemik yapı, Amiloid birikimleri, BİREFREJANS gösterir. 15

16 16